تعداد نشریات | 161 |
تعداد شمارهها | 6,532 |
تعداد مقالات | 70,501 |
تعداد مشاهده مقاله | 124,097,848 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 97,205,470 |
بررسی اثر عمق نفوذ پلکان در محیط متخلخل بر تبادل جریانهای سطحی و زیرسطحی | ||
تحقیقات آب و خاک ایران | ||
دوره 53، شماره 7، مهر 1401، صفحه 1563-1574 اصل مقاله (1.39 M) | ||
نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22059/ijswr.2022.338284.669200 | ||
نویسندگان | ||
مهلا تجری1؛ محمدحسین امید* 2؛ امیر احمد دهقانی3؛ آرزو نازی قمشلو4 | ||
1آبیاری و آبادانی، پردیس کشاورزی دانشگاه تهران | ||
2گروه آبیاری و آبادانی، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران | ||
3گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی آب و خاک ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان | ||
4استادیار، گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، دانشکده مهندسی و فناوری کشاورزی، دانشگاه تهران، کرج، ایران. | ||
چکیده | ||
تبادل جریانهای سطحی و زیرسطحی در بستر رودخانهها در اثر شکل طبیعی رودخانه و سازههای مختلف در مسیر جریان، بدلیل توجه روز افزون به محیط زیست در سالهای اخیر، مورد توجه محققین قرار گرفته است. از آنجایی که سازههای مسیر جریان نقش کنترلشده و اثرگذارتری نسبت به ریختشناسی رودخانهها در شکلگیری این تبادلات دارند، در این پژوهش تاثیر عمق نفوذ این سازهها در بستر متخلخل بر خصوصیات جریانهای تبادلی از طریق آزمایش و شبیهسازی عددی مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایشها در یک کانال آزمایشگاهی به طول 10 متر، عرض 20 سانتیمتر، عمق 30 سانتیمتر و شیب 01/0، برای سه عمق نفوذ 9، 11 و 13 سانتیمتر انجام و برای مسیریابی جریان از ردیاب پتاسیم پرمنگنات استفاده شد. همچنین برای بدست آوردن مشخصات جریان تبادلی و الگوی جریان تبادلی با روش ردیابی ذرات، توسط نرم افزار Flow 3D شبیهسازی شد. نتایج نشان داد که در دامنه رینولدز 1020 تا 3450، افزایش عمق نفوذ سازه از 9 به 13 سانتیمتر، موجب افزایش زمان ماند و کاهش نرخ تبادل میشود. افزایش دبی جریان موجب کاهش نرخ تبادل و افزایش زمان ماند میشود. بنابراین میتوان بکارگیری پلکان با عمق نفوذ بیشتر را برای بدست آوردن زمان ماند بیشتر و پلکان با عمق نفوذ کمتر را برای بوجود آوردن نرخ تبادل بیشتر توصیه کرد. | ||
کلیدواژهها | ||
واژگان کلیدی: جریان تبادلی؛ سازههای در مسیر جریان؛ نرمافزار Flow 3D؛ ردیابی ذرات | ||
مراجع | ||
Bakke, P.D., Hrachovec, M., Lynch, K. D. (2020). Hyporheic process restoration: design and performance of an engineered streambed. Water, 12(2), 425; doi.org/10.3390/w12020425. Boano, F., Harvey, J. W., Marion, A., Packman, A. I., Revelli, R., Ridolfi, L., Wörman, A. (2014). Hyporheic flow and transport processes: Mechanisms, models, and biogeochemical implications. Reviews of Geophysics, 52(4), 603-679. Boulton, A. J., Findlay, S., Marmonier, P., Stanley, E. H., Valett, H. M. (1998). The functional significance of the hyporheic zone in streams and rivers. Annual Review of Ecology and Systematics, 29, 59–81. Boulton, A. J., T. Datry, T. Kasahara, M. Mutz, and J. A. Stanford (2010), Ecology and management of the hyporheic zone: Stream-groundwater interactions of running waters and their floodplains, J. N. Am. Benthol. Soc., 29(1), 26– 40. Cardenas, M. B., Wilson, J. L. (2007). Effects of current–bed form induced fluid flow on the thermal regime of sediments. Water Resources Research, 43, W08431, doi:10.1029/2006WR005343. Chanson, H,. 2004. The Hydraulics of Open Channel Flow: An Introduction. Basic principles, sediment motion, hydraulic modelling, design of hydraulic structures. Second Edition. Daniluk, T.L., Lautz, L.K., Gordon, R.P., Endreny, T.A. (2013). Surface water-groundwater interaction at restored streams and associated reference reaches. Hydrol. Processes 27(25), 3730–3746. http://dx.doi.org/10.1002/hyp.9501. Endreny, T., Lautz, L., Siegel, D.I. (2011, a). Hyporheic flow path response to hydraulic jumps at river steps: flume and hydrodynamic models. Water Resource. Res. 47 (2) n/a. http://dx.doi.org/10.1029/2009WR008631. Endreny, T., Lautz, L., Siegel, D.I. (2011, b). Hyporheic flow path response to hydraulic jumps at river steps: Hydrostatic model simulations, Water Resources Research, VOL. 47, W02518, doi:10.1029/2010WR010014. FLOW-3D Documentation. (2012). Flow Science, Inc. Gordon. R.P., Lautz. L.K., Daniluk, T.L. (2013). Spatial patterns of hyporheic exchange and biogeochemical cycling around cross-vane restoration structures: Implications for stream restoration design. Water Resources Research, VOL. 49, 2040–2055, doi:10.1002/wrcr.20185. Harvey, J. W., Bencala, K. E. (1993). The effect of streambed topography on surface-subsurface water exchange in mountain catchments. Water resources research, 29(1), 89– 98. Hester, E. T., Doyle, M. W. (2008). In-stream geomorphic structures as drivers of hyporheic exchange. Water Resources Research, 44, W03417, doi:10.1029/2006WR005810. Hester, E.T., Gooseff, M.N. (2011). Hyporheic Restoration in Streams and Rivers. In: Simon, A., Bennett, S.J., Castro, J.M. (Eds.), Stream Restoration in Dynamic FluvialSystems: Scientific Approaches, Analyses, and Tools. American Geophysical Union, Washington, DC. Hester, E.T., Hammond, B., Scott, D.T. (2016). Effects of inset floodplains and hyporheic exchange induced by in-stream structures on nitrate removal in a headwater stream. Ecol. Eng. 97, 452–464. Hester, E.T., Brooksa, K.E., Scott, D.T. (2018). Comparing reach scale hyporheic exchange and denitrification induced by instream restoration structures and natural streambed morphology. Ecological Engineering, 115, 105–121. Kasahara, T., Hill, A.R. (2006). Effects of riffle-step restoration on hyporheic zone chemistry in N-rich lowland streams, Can. J. Fisheries Aquat. Sci., 63(1), 120–133, doi: 10.1139/f05-199. Kaushal, S.S., Groffman, P.M., Mayer, P.M., Striz, E., Gold, A.J. (2008). Effects of stream restoration on denitrification in an urbanizing watershed. Ecol. Appl. 18 (3), 789–804. Krause, S., Klaar, M.J., Hannah, D.M., Mant, J., Bridgeman, J., Trimmer, M. and Manning-Jones, S. (2014). The potential of large woody debris to alter biogeochemical processes and ecosystem services in lowland rivers. WIREs Water 2014, 1:263–275. doi: 10.1002/wat2.1019. Lautz, L. K., & Fanelli, R. M. (2008). Seasonal biogeochemical hotspots in the streambed around restoration structures, Biogeochemistry, 91(1), 85-104. Orghidan, T. (1959). Ein neuer Lebensraum des unterirdischen Wassers: Der hyporheische Biotop, Archiv für Hydrobilogie. 55, 392–414. Peter, K.T., Herzog, S., Tian, Z., Wu, Ch., McCray, J.E., Lynch, K., Kolodziej, E.P., (2019). Evaluating emerging organic contaminant removal in an engineered hyporheic zone using high resolution mass spectrometry. Water research, 150, 140-152. Smidt, S.J., (2014). A thesis submitted in partial fulfillment of the requirements for the Master of Science degree in Geoscience in the Graduate College of The University of Iowa. Stanford, J.A., Lorang, M.S., and Hauer, F.R. (2005). The shifting habitat mosaic of river ecosystems. Travaux association internationale de Limnologie theorique et appliquee, 29, 123–136. Stanford, J.A. (2006). Landscapes and rivers capes. In Methods in Stream Ecology. 2nd edn. Hauer R. Lamberti GA (eds). Academic Press, Burlington, MA, USA, 3–21. Tonina, D. (2005). Interaction between river morphology and intra-gravel flow paths within the hyporheic zone. Unpublished Ph.D. dissertation. University of Idaho. Boise. ID, 129 pp. Tonina, D., & Buffington, J. M. (2007). Hyporheic exchange in gravel bed-rivers with pool-riffle morphology: Laboratory experiments and three-dimensional modeling. Water Resources Research, 43(1), 1–16. Tonina, D., and Buffington, J.M. (2009,a). A three-dimensional model for analyzing the effects of salmon reds on hyporheic exchange and egg pocket habitat. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences 66, 2157–2173. Tonina, D., Buffington, J.M., (2009,b). Hyporheic Exchange in Mountain Rivers I: Mechanics and Environmental Effects. Geography Compass 3/3, 1063–1086. Tuttle, A.K., McMillan, S.K., Gardner, A., Jennings, G.D., (2014). Channel complexity and nitrate concentrations drive denitrification rates in urban restored and unrestored streams. Ecological Engineering, 73, 770–777. http://dx.doi.org/10.1016/j.ecoleng.2014.09.066. Vaux, W.G. (1968). Intragravel flow and interchange of water in a streambed. United States Fish Wildl. Serv. Fishery Bull. 66 (3), 479–489. Zhou, T. (2012). Characterizing hydrodynamics and hyporheic impacts of river restoration structures. A dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the Doctor of Philosophy Degree State University of New York College of Environmental Science and Forestry Syracuse, New York. Zhou, T., Endreny, T. a. (2013). Reshaping of the hyporheic zone beneath river restoration structures: Flume and hydrodynamic experiments. Water Resources Research, 49(8), 5009–5020. | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 361 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 245 |